Влияние давления при формировании селективного слоя на структуру и свойства динамических композиционных мембран для первапорации

Композиционные мембраны для первапорации были получены методом формирования селективного слоя на основе сшитого поливинилового спирта (ПВС) на поверхности пористой мембраны-подложки в динамическом режиме (ультрафильтрации растворов ПВС). Установлено, что повышение давления приводит к увеличению толщины селективного слоя композиционных мембран; при этом их контактный угол смачивания, удельная производительность, содержание воды в пермеате в процессе первапорации смеси этанол/вода 90/10 изменяются экстремально с максимумом при 3–4 атм в зависимости от концентрации раствора ПВС. Экстремальная зависимость краевого угла смачивания, коэффициента разделения и проницаемости композиционных мембран объясняется процессами уплотнения полимерной матрицы-подложки под действием трансмембранного давления и ее релаксации после снятия давления. При использовании повышенных давлений (более 3–4 атм) релаксация полимерной матрицы приводит к появлению микродефектов в результате деформации сформированного селективного слоя.

1. Membranes for dehydration of alcohols via pervaporation / M. S. Jyothi [et al.] // J. Environ. Manage. – 2019. – Vol. 242. – P. 415–429. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2019.04.043

2. Drioli, E. On the coupling effect in pervaporation / E. Drioli, S. Zhang, A. Basile // J. Membr. Sci. – 1993. – Vol. 81, N 1–2. – P. 43–55. https://doi.org/10.1016/0376-7388(93)85030-z

3. Baker, R. W. Membrane technology and applications / R.W. Baker. – 2nd ed. – Chichester, 2004. – XII, 538 p. https://doi.org/10.1002/0470020393

4. Effect of the composition of the copolymer of carboxybetaine and n-butylmethacrylate on low-fouling property of dynamically formed membrane / K. Akamatsu [et al.] // Sep. Purif. Technol. – 2013. – Vol. 118. – P. 463–469. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2013.07.034

5. Na, L. Dynamically formed poly (vinyl alcohol) ultrafiltration membranes with good anti-fouling characteristics / L. Na, L. Zhongzhou, X. Shuguang // J. Membr. Sci. – 2000. – Vol. 169. – P. 17–28. https://doi.org/10.1016/s0376-7388(99)00327-0

6. Hydrophilic Fe2O3 dynamic membrane mitigating fouling of support ceramic membrane in ultrafiltration of oil/water emulsion / D. Lu [et al.] // Sep. Purif. Technol. – 2016. – Vol. 165. – P. 1–9. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2016.03.034

7. Chen, C. C. Formation and characteristics of zirconium ultrafiltration dynamic membranes of various pore sizes / C. C. Chen, B. H. Chiang // J. Membr. Sci. – 1998. – Vol. 143, N 1–2. – P. 65–73. https://doi.org/10.1016/s0376-7388(98)00017-9

8. The antifouling performance of an ultrafiltration membrane with pre-deposited carbon nanofiber layers for water treatment / T. Liu [et al.] // J. Membr. Sci. – 2018. – Vol. 557. – P. 87–95. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2018.04.018

9. Preparation of polyelectrolyte multilayer membranes by dynamic layer-by-layer process for pervaporation separation of alcohol/water mixtures / G. Zhang [et al.] // J. Membr. Sci. – 2006. – Vol. 280, N 1–2. – P. 727–733. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2006.02.031

10. Dynamic membranes of powder-activated carbon for removing microbes and organic matter from seawater / S. E. Wu [et al.] // J. Membr. Sci. – 2017. – Vol. 541. – P. 189–197. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2017.07.006

11. Parameters affecting the properties of dynamic membranes formed by Zr hydroxide colloids / M. Rumyantsev [et al.] // Desalination. – 2000. – Vol. 131, N 1–3. – P. 189–200. https://doi.org/10.1016/s0011-9164(00)90018-3

12. Prediction of particle deposition and layer growth in the preparation of a dynamic membrane with cross-flow microfiltration / Y. Pan [et al.] // RSC Adv. – 2015. – Vol. 5, N 108. – P. 89015–89024. https://doi.org/10.1039/c5ra14572d

13. Evaluations of polyelectrolyte multilayer membranes assembled by a dynamic layer-by-layer technique / S. Ji [et al.] // Desalination. – 2008. – Vol. 234, N 1–3. – P. 300–306. https://doi.org/10.1016/j.desal.2007.09.098

14. Dynamically formed inner skin hollow fiber polydimethylsiloxane/polysulfone composite membrane for alcohol permselective pervaporation / J. Guo [et al.] // Chem. Eng. J. – 2010. – Vol. 158, N 3. – P. 558–565. https://doi.org/10.1016/j.cej.2010.01.053